近海工程

近海工程（offshore engineering）：又稱離岸工程。20世紀中葉以來發展很快。近海工程主要是在大陸架較淺水域的海上平台、人工島等的建設工程，和在大陸架較深水域的建設工程，如浮船式平台、半潛式平台、自升式平台、石油和天然氣勘探開採平台、浮式貯油庫、浮式煉油廠、浮式飛機場等項建設工程。

基本介紹

• 中文名：近海工程
• 外文名：offshore engineering
• 主要項目：船式平台、半潛式平台的建設
• 主要範圍：大陸架較淺水域的海上平台等
• 伴隨問題：海洋環境保護
• 別稱：離岸工程

近海

近海，是指離陸地較近的海域，靠近陸地的海域。中國的近海包括渤海、黃海、東海和南海。中國的近海位於北太平洋的西部邊緣，東西橫跨約32個經度，南北縱貫44個緯度，總面積470多萬平方公里。渤、黃兩海以老鐵山角經廟島群島至山東蓬萊角的連線為界；黃海與東海以長江口北角至韓國濟州島西南角的連線為界；對東海與南海的界線說法不一，較為公認的是以南澳島與台灣鵝鑾鼻的連線為界。

近海工程結構

現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程，估計到21世紀，可能出現能容納1O萬人的海上人造城市。鑒於大型人工島建築需要的工期長、填料多、難於在較深海域中採用等缺陷，所謂超大型浮式海洋結構(指尺度以公里計，具有綜合性、多功能性的永久性或半永久性的浮式海洋結構)的構想巳引起人們的關注。該結構可用於海上機場，海上城市，浮式海上基地等，以緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等。 日本已經於1999年8月在東京灣用6塊380m長，60 m寬的矩形飄浮鋼製單體拼裝海上飄浮機場。

超大型浮式海洋結構物的設計和構造，對海岸和近海工程來講是一種全新的課題，首先必須研究解決如下特有的關鍵技術問題：(1)環境荷載的確定：由於結構物非常龐大，將顯著改變結構物附近的海洋動力環境狀況．例如當結構尺度遠大于波長時，用當前適用於普通結構的單一波譜來計算結構的波浪荷載是不適當的；(2)動力回響分析：對如此大的結構，因其彈性及連結變形十分顯著，將產生顯著的流固動力耦合作用，使得其動力回響也就更為複雜多變；(3)結構的分析計算理論和方法：理想的是採用三維模型，但由於結構的龐大，它將超出迄今可及的計算能力。因而可能需要建立各種簡化的計算模型；(4)連結件的構造與設計：包括構造方案、材料的選擇和研製、連結件的製造工藝、錨結構形式及錨力的計算方法研究等；(5)環境影響：超大型結構的存在改變了海上動力條件可能引起海岸的沖淤變化，超大型結構對其下面的海洋生物及水質的影響等問題仍有待於研究。

在淺水區域，海洋石油平台一般採用固定式導管架平台；在水深較深處，一般採用FPSO、半潛式平台、Spar等浮式平台進行鑽井、採油作業。

海洋平台示意圖

近海工程防災減災

海洋環境因素的精確預報

海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等．90年代以來，我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣，是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。當前我國海洋能源開發與海洋空間利用的絕大部分的活動是在近海和極淺海海域。為保證在這些海域所建造的工程設施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴酷和複雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現的颱風數目占全球的38% ，其中對我國可能造成災害的颱風每年有7～8個．每當颱風在我國登入或接近我國沿海時，都會在沿岸局部地區產生風暴潮，形成風暴潮災害。在我國北方海域(渤海和北黃海)。冬季由於受寒潮影響，沿岸地區每年都有結冰現象，結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災害估計不足將會帶來巨大的損失。我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上油氣開採設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物(海洋平台、鑽井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發生破壞，除其直接經濟損失極大外，其次生災害— — 火災、環境污染等的後果也不堪構想。因而需繼續加大對影響海洋工程的環境因素的基礎研究：

(1)我國近期油氣開發有前景海區的海浪頻譜、方向譜，淺水中波要素的統計性質和極淺海區波浪及其譜的變形；

(2)風、浪、流、水位的聯合分布，極端環境要素的計算方法、設計環境參數的合理確定及風- 浪一流-潮耦合預(後)報模式研究；

(3)波浪破碎的形態、機理、破碎後的波浪及其譜的變形；

(4)渤海冰層與堆積凍的形成機制，其幾何、物理和力學特性及其在潮流作用下的運動規律；

(5)渤海灘海土的靜、動力學特性，工程地質性質、區域工程地質規律和分區的調查研究；

(6)近海環境地震危險性分析、設計地震動參數和頻譜特性研究，強震海底多維地震動及空間分布規律研究等。

抗災減災工程措施

隨著海洋資源與空問的開發利用，各類海上工程建築物數量不斷增多、規模日益複雜和龐大，保證這些海上工程設施的安全運行及採取海洋工程防災減災措施將越來越重要。近岸結構的投資費用很高，一旦發生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年風暴潮損失超過6億元，1991年DB29輔管船在南海遇颱風翻沉等 )。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最複雜的地區，但同時又是經濟活動最為發達的地區，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有的海岸帶的動態平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害的損失，另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害，諸如：(1)建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網路、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統；(2)開展海洋工程結構在多種複雜海洋環境條件下(風、浪、流、冰、地震等)的可靠度和最佳化理論研究，設計與建造新型抗災工程結構；(3)現役海岸和近海結構的剩餘可靠度評價以彌補因海洋環境荷載在幅值、時間及方向上的隨機性所導致結構安全度的不確定性；(4)海洋工程結構因海冰、地震、風浪等激發的結構振動的減振措施和振動控制技術的研究；(5)近海結構智慧型技術的研究與套用 馴(安裝有智慧型感測器、作動器和控制器的近海結構，能夠通過改變自己的配置，使得結構具有能自動適應環境的功能)；(6)改變傳統的結構設計思路，採取改進錨固方法等措施，使得近海結構物在設計使用期限內有足夠的安全度，而在退役之後又便於拆除。

海洋環境保護

隨著沿海經濟的迅猛發展，近海海域遭到越來越嚴重的污染，使海域環境質量明顯下降，生態環境日趨惡化，並對生物資源和人體健康產生有害影響。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境，精確預報海洋災害的發生、發展和應該採取何種防災減災工程措施，也成為嚴重關注的環境問題。為了開發海洋資源，需要在海上進行各類工程建設，大規模的工程建設和海洋環境之間的相互作用也將是開發海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經濟的快速發展，針對我國重大的海洋環境與保護問題，重點開展研究方面的課題大體上有三類。第一類課題是海洋環境特徵對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策。